暗能量的存在被证实?宇宙膨胀确实存在
我们知道,科学家已经观测到宇宙的膨胀,宇宙膨胀的原因是一种被科学家称为暗能量的存在。在宇宙学的标准模型中,这种理论的未知能量充满了宇宙,占宇宙的70%以上。它能使宇宙以不断增长的速度膨胀,但有个问题。当我们用不同的方法测量宇宙膨胀率时,我们得到的结果彼此不一致。
测量宇宙膨胀的方法
到目前为止,测量宇宙膨胀有几种方法。一是测量遥远星系的相对运动,这是通过观察这些星系内超新星发出的光来完成的。其中Ia型超新星具有相当均匀的标准亮度,因此通过测量它们观测到的亮度,我们就可以知道它们所在星系的距离。通过可以与观测到的星系红移进行比较,就可以确定哈勃参数。正是这种方法让我们首次发现宇宙膨胀正在加速。
另一种方法是观察宇宙微波背景。虽然大爆炸发生后的残余温度几乎一致,约为3K,但天空不同区域的温度变化很小。这些波动的规模取决于宇宙膨胀的速度。普朗克的观察给了我们一个很好的测量哈勃常数的方法。这与超新星测量完全无关。原则上,这两个结果应该是一致的,但不是。
普朗克的结果给出哈勃参数约为67–68(km/s)/Mpc,而超新星观测给出的值约为71–75(km/s)/Mpc。这并不意味着暗能量可能是错误的,因为我们对它根本不了解。
这些结果的问题在于它们比较依赖于模型。每一个都取决于对宇宙的某些假设,其中之一就是宇宙在空间上是平的。换句话说,我们从遥远星系看到的光基本上是直线传播的。它并没有因为宇宙整体扭曲而变形。但普朗克的数据中有一些证据表明,空间的整体曲率可能很小,这将有助于解释为什么结果存在差异。
为了解决这个问题,天文学家们研究了其他测量宇宙膨胀的方法。一种方法是测量星系如何在大尺度上聚集。星系团的形成是由于早期宇宙中被称为重子声波振荡(BAO)的密度的微小变化。当引力试图拉近星系的距离时,暗能量试图将它们分开。结果,星系形成了由大空洞隔开的致密超星系团。这些空洞的大小可以帮助我们测量哈勃参数。
测试结果
最近,一个研究小组对星系群进行了最全面的测量。他们发现了几个有趣的东西。首先,由于空洞的结构取决于暗能量和空间的整体形状,研究小组确认宇宙在空间上是平坦的,因此宇宙曲率不能解释不同的数值。对于哈勃参数,他们得到了大约70–74(km/s)/Mpc的结果,这与一些超新星结果一致。但他们的观测主要集中在红移z<2的星系上,也就是在大约90亿光年内。当研究小组添加来自更遥远星系的数据时,他们的结果转移到68-70(km/s)/Mpc,这与普朗克的结果更为一致。
这一切的结果表明是宇宙是平的,暗能量是存在的,当然,更多的奥秘需要我们去 探索 。